【正文】 。噴混凝土是否產(chǎn)生裂隙或剝離，要特別注意噴混凝土是否發(fā)生剪切破壞 。有無錨桿和噴混凝土施工質(zhì)量問題 :鋼拱架有無被壓屈現(xiàn)象 。是否有底鼓現(xiàn)象 )。 2. 隧道凈空收斂量測 隧道新奧法施工，比較強(qiáng)調(diào)研究圍巖變形，因?yàn)閹r體變形是其應(yīng)力形態(tài)變化的最直觀反映，對于地下空間的穩(wěn)定能提供可靠的信息，也比較容易測得。圍巖的變形特征，除了可以進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性評價和支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)外，由于它本身包含了巖性和巖體應(yīng)力等信息，所以也是對隧道圍巖進(jìn)行分類的重要依據(jù)。 （ 1）凈空收斂位移量測目 的 周邊位移是隧道圍巖應(yīng)力狀態(tài)變化的最直觀反映，量測周邊位移可為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息 。根據(jù)變位速度判斷隧道圍巖的穩(wěn)定程度為二次襯砌提供合理的支護(hù)時機(jī) 。指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)計(jì)與施工。 （ 2）凈空收斂位移量測內(nèi)容 山東科技大學(xué) 學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 9 隧道圍巖周邊各點(diǎn)趨向隧道中心的變形稱為收斂，所謂隧道收斂位移量測主要是指對隧道壁面兩點(diǎn)間水平距離的變形量的量測，拱頂下沉以及底板隆起位移量的量測等。它是判斷圍巖動態(tài)的最主要的量測項(xiàng)目，特別是當(dāng)圍巖為垂直巖層時，凈空收斂位移量測更具有非常重要的意義，這項(xiàng)量測設(shè)備簡單、操作方便，對圍巖動態(tài)監(jiān)測所起的作 用都很大，在各個項(xiàng)目量測中，如果能找出掙空收斂位移與其他量測項(xiàng)目之間的規(guī)律性時，還可省掉一些其他項(xiàng)目的量測。 3. 地表沉降量測 淺埋隧道通常位于軟弱、破碎、自穩(wěn)時間極短的圍巖中，施工方法不妥極易發(fā)生冒頂塌方或地表有害下沉，當(dāng)?shù)乇碛薪ㄖ飼r會危及其安全。因此，地表沉降量測對淺埋隧道的施工是十分重要的。 （ 1）地表沉降量測目的 地表沉降量測的目的主要在于了解以下內(nèi)容 :地表沉降的范圍以及沉降量的大小 。地表沉降量隨工作面推進(jìn)的變化規(guī)律 。地表下沉穩(wěn)定的時間。 （ 2）地表沉降量測內(nèi)容 對于淺埋隧道地表沉降以及沉降的發(fā) 展趨勢是判斷隧道圍巖穩(wěn)定性的一個重要標(biāo)志。用水平儀在地面量測，簡易可行，量測結(jié)果能反映淺埋隧道開挖過程中圍巖變形的全過程。淺埋隧道地表下沉量測的重要性隨埋深變淺而增大。 4. 拱頂下沉量測 隧道拱頂內(nèi)壁的絕對下沉量稱為拱頂下沉值，單位時間內(nèi)拱頂下沉值稱為拱頂下沉速度。拱頂下沉量測也屬位移量測，對于埋深較淺、固結(jié)程度低的地層，水平成層的場合，這項(xiàng)量測比收斂量測更為重要，其量測數(shù)據(jù)是判斷支護(hù)效果、指導(dǎo)施工工序、保證施工質(zhì)量和安全的最基本的資料。 錨桿抗拔力 (亦稱錨桿拉拔力 )是指錨桿能夠承受的 最大拉力，它是錨桿材料、加工與施工安裝質(zhì)量優(yōu)劣的綜合反映。錨桿抗拔力的大小直接影響著錨桿的作用效果，如果抗拔力不足，會使錨桿起不到錨固圍巖的作用，所以錨桿抗拔力的量測是檢測錨桿質(zhì)量的一項(xiàng)基本內(nèi)容，是新奧山東科技大學(xué) 學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 10 法監(jiān)控量測的必測項(xiàng)目。 量測目的 :測定錨桿的錨固力是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求 。判斷所使用的錨桿長度是否適宜 。檢查錨桿安裝質(zhì)量。 選測項(xiàng)目 選測項(xiàng)目是對一些有特殊意義和具有代表性的區(qū)段進(jìn)行的補(bǔ)充測試，以求更深入地了解圍巖的松動范圍和穩(wěn)定狀態(tài)以及噴錨支護(hù)的效果，為未開挖區(qū)段的設(shè)計(jì)與施工積累現(xiàn)場資料。這類量測項(xiàng)目 測試較為麻煩，量測項(xiàng)目較多，費(fèi)用較高。因此，在實(shí)際工作中，除了有特殊量測任務(wù)的地段外，一般根據(jù)需要選擇其中一些必要的項(xiàng)目進(jìn)行量測。 1. 錨桿軸力量測 錨桿軸向力的測定屬于選測項(xiàng)目，根據(jù)科研和生產(chǎn)的需要，首先在隧道內(nèi)選擇擬測巖層，再結(jié)合隧道開挖等情況，選擇好鉆孔位置，以便于鉆孔施工。 錨桿軸力量測目的 :了解錨桿受力狀態(tài)及軸向力的大小 :隧道開挖后隨著圍巖發(fā)生變形而產(chǎn)生錨桿軸向力，在圍巖變形穩(wěn)定前錨桿的軸向力是不斷增加的，量測錨桿軸向力的大小是為了弄清錨桿的負(fù)荷狀態(tài)，為確定合理的錨桿參數(shù)提供依據(jù) 。判斷圍巖變形的 發(fā)展趨勢，概略判斷圍巖內(nèi)強(qiáng)度下降區(qū)的界限 :一般把從隧道壁面至變形量最大處稱為隧道圍巖的擾動圈，于是可為錨桿參數(shù)設(shè)計(jì)提供了一定依據(jù) 。評價錨桿的支護(hù)效果 :錨桿軸向力是檢驗(yàn)錨桿支護(hù)效果與錨桿強(qiáng)度的依據(jù)，根據(jù)錨桿極限抗拉強(qiáng)度與錨桿應(yīng)力的比值 K(錨桿安全系數(shù) )即可做出判斷，錨桿軸向力越大，則 K 值小，當(dāng)錨桿中某段最小的 K 值稍大于 1 時，應(yīng)認(rèn)為合理。 2. 鋼架荷載量測 在自穩(wěn)時間很短的工、 H 類圍巖隧道施工，淺埋、偏壓隧道，當(dāng)早期圍巖壓力增長快，需要提高初期支護(hù)的強(qiáng)度和剛度時，在砂、卵石、土夾層，大面積淋水地段以及為了抑制 圍巖大的變形需要增強(qiáng)支護(hù)抗力時，一般多采用鋼架噴射混凝土作為初期支護(hù)。另外，當(dāng)隧道施工需要施作超前支護(hù)時，需設(shè)置鋼架作為超前錨桿或超前小鋼管的支承構(gòu)件。鋼架荷載量測目的 :了解鋼架受力的大小，為鋼架選型與設(shè)計(jì)提供依據(jù) :根據(jù)鋼架的受力狀態(tài)，為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的信息 。了解鋼架的工作狀態(tài)，評價鋼架的支護(hù)效果。 山東科技大學(xué) 學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 11 3. 圍巖內(nèi)變形量測 為了探明支護(hù)系統(tǒng)上承受的荷載，進(jìn)一步研究支架與圍巖相互作用之間的關(guān)系，不僅需要量測支護(hù)空間產(chǎn)生的相對位移 (或空間斷面的變形 )，而且還需要對圍巖深部巖體位移進(jìn)行監(jiān)測。圍巖內(nèi)變形 量測量測目的：確定圍巖位移隨深度變化的關(guān)系；找出圍巖的移動范圍，深入研究支護(hù)與圍巖相互作用的關(guān)系 。判斷開挖后圍巖的松動區(qū)、強(qiáng)度下降區(qū)以及彈性區(qū)的范圍 :判斷錨桿長度是否適宜，以便確定合理的錨桿長度。 4. 噴測混凝土應(yīng)力量測 隧道新奧法施工隨掘進(jìn)及時噴射一層混凝土，封閉圍巖暴露面形成初期柔 .性支護(hù)，由于混凝土與圍巖緊密均勻接觸，并可通過調(diào)整厚度，協(xié)調(diào)圍巖變形，使應(yīng)力均勻分布，避免應(yīng)力集中，隨后按設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)布置錨桿，加固深部圍巖。錨桿、噴層和圍巖共同組成承載環(huán)，支承圍巖壓力，這部分支護(hù)結(jié)構(gòu)稱為“外拱”。外拱施 工過程中，通過監(jiān)測了解圍巖變形情況，待圍巖位移趨于穩(wěn)定，支護(hù)抗力與圍巖壓力相適應(yīng)時，進(jìn)行外拱封底，使變形收斂，同時進(jìn)行二次支護(hù)，加強(qiáng)支護(hù)抗力，提高安全系數(shù)，二次支護(hù)結(jié)構(gòu)稱為 “ 內(nèi)拱 ” ，內(nèi)拱為儲備強(qiáng)度。新奧法必須嚴(yán)格控制二次支護(hù)時間，以使支護(hù)結(jié)構(gòu)的性能呈現(xiàn)先柔后剛的特性，因此，在施工過程中需對噴射混凝土層進(jìn)行應(yīng)力的量測工作。噴射混凝土應(yīng)力測量目的 :了解噴層的變形特性以及噴層的應(yīng)力狀態(tài) 。掌握噴層所受應(yīng)力的大小，判斷噴射混凝土層的穩(wěn)定狀況。 常用傳感器及其工作原理 常用傳感器 在地下及隧道工程中 常用的傳感器有鋼弦式傳感器、差動電阻式傳感器、電感式傳感器、電阻式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、壓磁式傳感器、伺服加速度計(jì)傳感器 (Force— balanced type accelerator)、液壓測力計(jì)等類型。 差動電阻式傳感器利用張緊在儀器內(nèi)部的彈性鋼絲作為傳感元件將儀器受到的物理量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量 。鋼弦式傳感器利用鋼弦的自振頻率與鋼弦所受到的外加張力關(guān)系式測得各種物理量 :電感式傳感器是根據(jù)電山東科技大學(xué) 學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 12 磁感應(yīng)原理制成的，它利用線圈的電感的變化來實(shí)現(xiàn)非電量電測 :電阻式傳感器是把被測量 (如位移、力等參數(shù) )轉(zhuǎn)換為電 阻變化的一種傳感元件 。電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，將被測物理量或機(jī)械量轉(zhuǎn)換為電容量的變化來進(jìn)行測量的 。壓電式傳感器是利用由外力的作用激起晶體表面荷電的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)物理量的測量的一種傳感器 :壓磁式傳感器是利用鐵磁材料的磁彈性物理效應(yīng)，把力轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。 目前，常用于地下及隧道工程量測的主要傳感器是鋼弦式傳感器，下面對這種傳感器的工作原理作詳細(xì)的介紹。 鋼弦式傳感器原理 鋼弦式傳感器始于一百二十年前，上世紀(jì)六十年代開始應(yīng)用于需要長期測量的工作環(huán)境，如橋梁、水利大壩等工程結(jié)構(gòu) 。鋼弦式側(cè)試技術(shù)屬“非電量電測法”的范疇，測試工作系統(tǒng)一般由鋼弦式傳感器 (或調(diào)頻弦式傳感器 )和鋼弦頻率測定儀組成。 1. 工作原理 鋼弦式傳感器結(jié)構(gòu)非常簡單、明了，它是根據(jù)張力弦理論設(shè)計(jì)制造的。鋼弦式傳感器的敏感元件是一根金屬絲弦 (一般稱為鋼弦，振弦或簡稱“弦” )，當(dāng)傳感器受外力作用時，弦的內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，隨著弦的內(nèi)應(yīng)力改變，自振頻率也相應(yīng)地發(fā)生變化，弦的張力越大，自振頻率越高，反之，自振頻率就越低。因此，鋼弦自振頻率的變化反映了加在鋼弦傳感器上外力的變化。測出鋼弦頻率的變化，就可以利用它測定施加于傳感器上 的外力。 鋼弦式傳感器所測定的參數(shù)主要是鋼弦的自振頻率，常用專用的鋼弦癲率儀測定，也可用周期測定儀測定周期，二者互為倒數(shù)。在專用頻率計(jì)中加一個平方電路或程序也可直接顯示頻率平方。 鋼弦式儀器是根據(jù)鋼弦張緊力與諧振頻率成單值函數(shù)關(guān)系設(shè)計(jì)而成的。由于鋼弦的自振頻率取決于它的長度、鋼弦材料的密度和鋼弦所受的內(nèi)應(yīng)力。量測時，鋼弦在激發(fā)器的雙尖脈沖作用下進(jìn)行連續(xù)振蕩，其振動頻率可按下式計(jì)算： 山東科技大學(xué) 學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 13 ??Lf 21? （ 21） 式中 f —— 鋼弦振動頻率 。 L—— 鋼弦長度 。 ? —— 鋼弦密度； ?—— 鋼弦所受的張拉應(yīng)力； 由式 (21)中可見，在弦長 L ，材料密度 ? 一定的情況下，頻率 f 隨 應(yīng)力 ? 而變化，而弦的拉應(yīng)力 ? 又隨測壓儀所受壓力 P 而變化。當(dāng)傳感器制造成功之后所用的鋼弦材料和弦長均為不變量。鋼弦的自振頻率僅與鋼弦所受的張力有關(guān)。因此，張力可用頻率 f 的關(guān)系式來表示： ? ? AffKF x ??? 202 （ 22） 式中 F — — 鋼弦張力； K —— 傳感器靈敏系數(shù)； xf —— 張力變化后的鋼弦自振頻率； 0f —— 傳感器鋼弦初始頻率； A—— 修正常數(shù)（在實(shí)際應(yīng)用中可設(shè)為 0）。 從式 (22)可以看出，鋼弦式傳感器的張力與頻率的關(guān)系為二次函數(shù)，頻率平方與張力為一次函數(shù)通過最小二乘法變換后的表達(dá)式為線性方程。儀器的構(gòu)造不同， 張力“ F ”可以變換為位移、壓力、壓強(qiáng)、應(yīng)力、應(yīng)變等各種物理量。從式 (22)可以看出鋼弦的張力與自振頻率的平方差呈直線關(guān)系。根據(jù)鋼弦傳感器的這個工作原理，在材料試驗(yàn)機(jī)上，求出各臺傳感器的。 f?? 曲線 (見圖 21)即率定曲線，在實(shí)際使用中，通過測得的頻率，查率定曲線即可知所測物理量的大小。 但不同的傳感器中鋼弦的長度、材料的線性度很難加工得完全一樣。因此，修正常數(shù) (Y 軸的截距 )相對于每只傳感器也都不盡相同，為以后資料整理時的起 始值造成不一致，通常根據(jù)資料的要求人為設(shè)“ A”值等于“ 0”，使一個工程中的多只傳感器起點(diǎn)一致，以方便計(jì)算中的數(shù)據(jù)處理。 山東科技大學(xué) 學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 14 圖 21 鋼弦傳感器輸出特性 f —— 鋼弦自振頻率； ? —— 鋼弦所受的張拉應(yīng)力 鋼弦式傳感器的激振一般由一個電磁線圈（通常稱磁芯）來完成。 工作過程可用圖 21 來說明。經(jīng)過把各類物理量轉(zhuǎn)換為拉 (或壓 )力作用在鋼弦上，改變鋼弦所受的張力，在磁芯的激發(fā)下，使鋼弦的自振頻率隨應(yīng)力變化而變化。通過頻率的變化 可以換算出被測物理量的變化值。由于鋼弦被置于電測原件“磁芯”的磁場中，當(dāng)鋼弦振動時就在接收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 V 。測出它的頻率就確定了被測鋼弦的自振頻率，代入式 (22)中即可換算成相應(yīng)的物理量。 2. 測試原理 一般測量鋼弦頻率的方法是使鋼弦在電磁力的作用下激振，一起振后將振動頻率轉(zhuǎn)換成電量，再進(jìn)行頻率測量。鋼弦的激振方式通常有兩種 :間歇式激振和連續(xù)等幅激振。鋼弦傳感器的激振方式不同，所需電纜的芯數(shù)也不同。圖 22 中的三種激振方式代表了鋼弦式傳感器的發(fā)展過程。 圖 22(a)是單線圈間歇激振型傳感器，它激振和接收共用一組線圈，結(jié)構(gòu)簡單，但由于線圈內(nèi)阻不可能很大，一般是幾十歐姆到幾百歐姆。因此，傳輸距離受到一定限制，抗干擾能力比較差，傳輸電纜要求截面較大的屏蔽電纜為好。激振方式為單脈沖輸入，如圖 22( 2a )。當(dāng)激發(fā)脈沖輸?shù)酱判揪€圈上，磁芯產(chǎn)生一個電動磁場撥動鋼弦，所以國外也有叫“撥弦式”，鋼弦被撥動后產(chǎn)生一個衰減振蕩，切割磁芯的磁力線在磁芯的輸出端也產(chǎn)生如圖 22( 3a )的衰減正弦 波。接收儀表測出此波的頻率即山東科技大學(xué) 學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 15 為鋼弦此刻的自振頻率。 圖 22（ b）是一組三線制雙線圈鋼弦式傳感器示意圖。它有兩個線圈組成 (如圖 22( 1b ))一個線圈為激振線圈，一個為接收線圈。激振線圈由二次儀表送來一個 1000Hz 左右的激發(fā)脈沖，一般為正弦波或鋸齒波。當(dāng)鋼弦激振后由接受線圈傳送到二次儀表中，經(jīng)放大反饋一部分到激發(fā)線圈上，使激發(fā)頻率與接收頻率相等，讓鋼弦處于諧振狀態(tài)，一部分送到整形、計(jì)數(shù)、顯示電路測出頻率。圖 22( 2b )、 22( 3b )為激發(fā)和輸出的波形。這種結(jié)構(gòu)比單線圈的性能有了很大的改善，但同樣存在線圈內(nèi)阻小 。對電纜要求較高的不足。常用三芯或雙芯屏蔽電纜，屏蔽層或其中一芯為公用線，一芯激發(fā)線，一芯接收線。 圖 22 三種鋼弦式傳感器原理 （ a）單線圈間歇激振（撥弦式）型輸入輸出波形；（ b）三線制雙線圈連續(xù)